第十四章 内能的利用测评
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(每小题3分,共30分)
1.(2017·江苏模拟)下列关于热值的说法正确的是 ( )
A.燃料燃烧越充分热值越大
B.2 kg的煤完全燃烧比1 kg的煤完全燃烧热值大
C.1 kg煤燃烧放出3×105 J的热量,则煤的热值为3×105 J/kg
D.热值是燃料的一种属性,与燃料的质量无关,不同的物质热值一般不同
2.关于热机,下列说法正确的是( )
A.随着科学技术的发展,热机的效率可达到100%
B.四冲程汽油机在工作过程中,进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程或压缩冲程
C.柴油机上安装一个笨重的飞轮,是为了提高它的效率
D.柴油机的效率比汽油机的高,这是因为柴油的热值比汽油的大
3.
(2017·湖南益阳模拟)右图为四冲程汽油机的一个冲程,下列说法正确的是( )
A.这是压缩冲程,机械能转化为内能
B.这是压缩冲程,内能转化为机械能
C.这是做功冲程,机械能转化为内能
D.这是做功冲程,内能转化为机械能
4.煤炭是一种重要能源,区别煤的优劣的科学办法是检测其( )
A.比热容 B.密度
C.热值 D.温度
5.由q=的关系,在讨论一种燃料的热值时,下述结论正确的是( )
A.热值与燃料完全燃烧时放出的热量成正比
B.热值与燃料的质量成反比
C.热值与燃料完全燃烧时放出的热量成正比,与燃料质量成反比
D.热值与燃料燃烧时放出的热量及燃料质量无关,是由燃料本身的性质决定的
6.A、B两种燃料,完全燃烧时能放出热量之比QA∶
QB=5∶3,它们的热值之比qA∶qB=2∶3,则两种燃料的质量之比mA∶mB是( )
A.10∶9 B.9∶10
C.5∶2 D.2∶5
7.下列有关热机的说法错误的是( )
A.可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率
B.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程
C.热机的大量使用会造成环境污染
D.在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率
8.水与酒精是我们日常生活中最常见的两种物质。下表列出了它们在标准大气压下的部分物理特征数据。让质量及初温都相等的水和酒精冷却,待它们放出相等的热量后再倒在一起混合,下列判断错误的是( )
物质
密度/(kg·m-3)
比热容/[J·(kg·℃)-1]
凝固点/℃
沸点/℃
水
1.0×103
4.2×103
0
100
酒精
0.8×103
2.4×103
-117
78
6
A.在混合过程中,热将从酒精传递给水
B.均匀混合后,混合液的凝固点将比水的凝固点低些
C.均匀混合后,混合液的密度将比水的密度小些
D.均匀混合后,混合液的比热容将比水的比热容小些
9.自由运动的滚摆,每次上升的高度逐渐减小,下列说法正确的是( )
A.机械能守恒
B.能量逐渐消失
C.只存在动能和势能的相互转化
D.减小的那部分机械能转化为其他形式的能,但总的能量守恒
10.下列说法错误的是( )
二、填空题(每空2分,共34分)
11.
右图是一个“简易冰箱”,水通过毛巾从铁箱上面的水盆渗透到下面的水盆中,毛巾上的水会 (填物态变化的名称)吸热使箱内的温度降低,这是通过 (选填“做功”或“热传递”)来改变物体内能的。
12.有一箱木炭,它的质量为10 kg,热值为3.4×107 J/kg,若用掉一半,剩下的木炭的热值为 ,半箱木炭燃烧最多能放出的热量是 。
13.工程师设计了一款单缸六冲程内燃机,它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同,在第四冲程结束后,立刻向汽缸内喷水,水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气,推动活塞再次做功,水蒸气温度 (选填“升高”“降低”或“不变”),其内能 (选填“增加”“减少”或“不变”),这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能,提高了热机的 。为进入下一个工作循环,这款内燃机的第六冲程是 冲程。
14.
6
一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1 200 r/min,每秒完成 个工作循环,每秒钟做功 次。如图所示,汽油机正处于 冲程。
15.在火电站内,燃料的化学能经锅炉、蒸汽轮机和发电机最终转化为电能。蒸汽轮机的作用是将 能转化为机械能。若锅炉、蒸汽轮机和发电机的效率分别为50%、70%和80%,则火电站的效率为 。
16.阅读下表,回答问题:
一些燃料的热值
单位:J·kg-1
干木柴
约1.2×107
酒精
3.0×107
焦炭
3.0×107
烟煤
约2.9×107
柴油
4.3×107
氢
1.4×108
无烟煤
约3.4×107
汽油
4.6×107
木炭
3.4×107
(1)从表中数据可知,完全燃烧相同质量的燃料放出热量最多的是 ,从环保角度看最清洁的燃料是 。
(2)完全燃烧0.5 kg干木柴放出的热量是 J;如果这些热量有42%被水吸收,可烧开初温为35 ℃的水 kg。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),水的沸点为100 ℃]
三、综合题(17题5分,18题8分,19题8分,20题 7分,21题8分,共36分)
17.请将下列生活现象和与之相对应的能量转化情况用线连起来。
生活现象 能量转化情况
A.电流通过灯丝炽热发光 a.光能转化为化学能
B.b.来回迅速摩擦双手 电能转化为内能和光能
C.用电饭煲煮饭 c.内能转化为机械能
D.水壶中的水沸腾后,
壶盖被水蒸气顶起 d.电能转化为内能
E.万物生长靠太阳 e.机械能转化为内能
18.某同学学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系。他实验时组装了图甲和图乙的两套规格完全相同的装置,并每隔1 min记录一次杯中水的温度(见下表)。
加热的时间/min
0
1
2
3
4
5
6
甲杯的水温/℃
25
27
29
32
34
36
38
乙杯的水温/℃
25
26
27
28
29
30
31
(1)在安装、调整实验器材时,科学合理的顺序是(甲图中):先调整固定 的位置,再调整固定 的位置。(均选填“A”或“B”)
(2)为保证实验结论的可靠,实验时应控制两套装置中相同的量有:加热时间和水的 、 。
(3)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是 。
(4)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量,并记录了数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量,他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果可靠吗? ;为什么? 。
19.(2017·江苏盐城一模)用煤气灶把2 kg、初温为20 ℃的水烧到100 ℃,消耗了0.03 kg煤气。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),煤气的热值为4.48×107 J/kg。计算:
6
(1)水吸收的热量;
(2)煤气完全燃烧放出的热量;
(3)煤气灶烧水的效率。
20.小明家新安装了一台容积为0.5 m3的太阳能热水器,加满水后,经过3 h的阳光照射,水温由15 ℃升高到35 ℃。在这3 h内水吸收了多少热量?若这些热量由效率为13%的火炉燃烧焦炭来提供,则需燃烧焦炭多少千克?(焦炭的热值是 3.0×107 J/kg)
21.小红家里原来用液化石油气烧水,每天用60 ℃的热水100 kg。她参加“探究性学习”活动后,在老师和同学们的帮助下,制造了一台简易的太阳能热水器。
(1)若用这台热水器每天可将100 kg的水从20 ℃加热到60 ℃,这些水吸收的热量是多少?[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)若液化石油气完全燃烧放出的热量有70%被水吸收,她家改用太阳能热水器后平均每天可节约液化石油气多少千克?(液化石油气的热值是 8.0×107 J/kg)
6
第十四章测评
1.D 燃料的热值仅与燃料的种类有关,而与燃料的燃烧程度无关,故A错误;燃料的热值仅与燃料的种类有关,而与燃料的质量无关,故B错误;由于不确定燃料是否完全燃烧,不能计算煤的热值,故C错误;热值是燃料的一种属性,与燃料的质量无关,不同的物质热值一般不同,故D正确。
2.B
3.D 由题图可知,汽油机的火花塞正在打火,所以汽油机正处于做功冲程,在做功冲程中的能量转化是内能转化为机械能,故A、B、C错,D正确。
4.C 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫作这种燃料的热值,热值反映了相同质量的不同燃料放出热量的多少。比热容反映的是质量相同的某种物质升高相同的温度吸收热量多少的物理量。密度是某种物质组成的物体的质量与它的体积之比。温度是物体的冷热程度。作为能源的煤炭,质量优劣取决于煤炭完全燃烧放出热量的多少。
5.D 热值是燃料本身的一种特性,它只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系。
6.C 根据热值计算公式q=得m=。
。
7.A 用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量的比值叫热机效率,增大热机功率不能增大热机的效率,选项A错误,符合题意;热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程,选项B正确,不符合题意;热机的使用,使人类对化石能源的依赖很强,现在造成大气污染的重要原因就是化石能源的大量利用,选项C正确,不符合题意;设法利用废气的能量是提高热机效率的重要措施,选项D正确,不符合题意。
8.A 水的比热容大于酒精的比热容,因为Q放=cmΔt,质量m相同,放出的热量相同,所以水比酒精降低的温度值小,因为二者的初温相同,则水的末温高,即t水>t酒精,所以热从水传到酒精,故选项A错误;水的凝固点是0 ℃,掺入酒精后混合液的凝固点要低于0 ℃,凝固点降低,故选项B正确;根据公式ρ=可知,水和酒精混合后,混合液的密度将比水的密度小些,比酒精的密度大一些,故选项C正确;因为水的比热容大于酒精的比热容,水和酒精混合液的比热容将比水的比热容小些,比酒精的比热容大一些,故选项D正确。
9.D 自由运动的滚摆,上升过程中动能转化为重力势能,下降过程中重力势能转化为动能,由于每次上升的高度逐渐减小,所以机械能减少,故选项A错误。减少的机械能是由于滚摆运动时机械能转化成了其他形式的能,在能量的转化过程中总的能量是守恒的,故选项B、C错误,选项D正确。
10.C 分子的热运动与温度有关,温度越高,分子的热运动越剧烈,所以选项A说法正确;将活塞压下的过程中,要压缩空气做功,使空气的内能增加,温度升高,使棉花燃烧,故选项B说法正确;热值是某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,而汽油在汽缸内不可能完全燃烧,所以1 kg汽油在汽缸内燃烧放出的热量不是汽油的热值,故选项C说法错误,符合题意;根据Q=cmΔt可有Δt=,在吸收相同的热量时,由于沙石的比热容小于海水的比热容,所以沙漠地区的温差比沿海地区的大,故选项D说法正确。
11.解析 毛巾上的水汽化(蒸发)吸热,使铁箱内的温度降低,这是通过热传递的方式来改变物体内能的。
答案 汽化(蒸发) 热传递
12.解析 热值是燃料的一种特性,它只跟燃料的种类有关,跟燃料的质量、燃烧程度等无关。若用掉一半,剩余木炭的质量是5 kg,完全燃烧这些木炭放出的热量Q放=mq=5 kg×3.4×107 J/kg=1.7×108 J。
答案 3.4×107 J/kg 1.7×108 J
13.解析 水蒸气推动活塞做功时,水蒸气的内能减小,温度降低,水蒸气的内能转化为机械能,这样在六个冲程中两次做功,提高了热机的效率,水蒸气推动活塞做功后,进入下一个工作循环前,必须先将剩余的废气排出汽缸,即第六冲程应是排气冲程。
6
答案 降低 减少 效率 排气
14.答案 10 10 做功
15.解析 蒸汽轮机的作用是将内能转化为机械能;已知锅炉、蒸汽轮机和发电机的效率分别为η1=50%、η2=70%和η3=80%,所以火电站的效率为 η=η1η2η3=50%×70%×80%=28%。
答案 内 28%
16.解析 (1)从表中数据可以看出氢的热值最大,所以完全燃烧相同质量的燃料时,氢放出的热量最多。由于氢燃烧后生成水,而没有其他废气,所以从环保角度看最清洁的燃料是氢。(2)完全燃烧0.5 kg干木柴放出的热量Q放=mq=0.5 kg×1.2×107 J/kg=6×106 J,Q吸=ηQ放=42%×6×106 J=2.52×106 J,故m==9.23 kg。
答案 (1)氢 氢 (2)6×106 9.23
17.解析 电流通过灯丝炽热发光,消耗的是电能,获得了内能和光能,属于电能转化为内能和光能;来回迅速摩擦双手,是克服摩擦力做功,使手的内能增大,温度升高,属机械能转化为内能;家里用电饭煲煮饭,消耗电能,获得内能,属电能转化为内能;水沸腾后,壶盖被顶起属于内能转化为机械能;万物生长靠太阳属于光能转化为化学能。
答案 A—b B—e C—d D—c E—a
18.答案 (1)B A (2)质量 初温 (3)煤油
(4)不可靠 煤油和菜籽油不可能完全燃烧,且有热量损失(容器、石棉网、铁圈等要吸热,水、容器等向周围环境散热,故无法准确计算燃料的热值)
19.解析 (1)水吸收的热量
Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×105 J。
(2)0.03 kg煤气完全燃烧放出的热量
Q放=mq=0.03 kg×4.48×107 J/kg=1.344×106 J。
(3)煤气灶烧水的效率
η==50%。
答案 (1)6.72×105 J (2)1.344×106 J (3)50%
20.解析 水的体积V=0.5 m3,所以质量
m水=ρV=1.0×103 kg/m3×0.5 m3=500 kg
水温由15 ℃升到35 ℃,水吸热为
Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×500 kg×(35 ℃-15 ℃)=4.2×107 J
因此,3 h内水吸收热量4.2×107 J。
若由焦炭来供热,则Q放=m焦炭q×13%
所以m焦炭==10.8 kg
约需要焦炭10.8 kg。
答案 4.2×107 J 10.8 kg
21.解析 (1)水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃-20 ℃)=1.68×107 J。
(2)烧水时,需液化石油气燃烧放出的热量为
Q放==2.4×107 J
需要的液化石油气的质量为
m气==0.3 kg。
答案 (1)1.68×107 J
(2)0.3 kg
6
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